嵌入式Linux在Blackfin處理器上的應(yīng)用

1 Uclinux和Blackfin簡介

1. 1 UcLinux簡介

Uclinux是當(dāng)前廣泛應(yīng)用的一種嵌入式Linux操作系統(tǒng)，是一個(gè)完全符合GNU/GPL公約的項(xiàng)目，與UNIX完全兼容，完全開放源碼。英文單詞中u表示Micro，c表示control，所以Uclinux的意思是“微控制領(lǐng)域的Linux系統(tǒng)”。

Uclinux針對嵌入式應(yīng)用的特點(diǎn)，對Linux的內(nèi)核(所用版本為linux2.6)進(jìn)行了修改和重新編譯，其大小遠(yuǎn)小于原來。它包含Linux常用的API，保留了原來Linux操作系統(tǒng)具有的高穩(wěn)定性、強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能和卓越的文件系統(tǒng)支持功能等優(yōu)點(diǎn)。

1. 2 Blackfin簡介

Blackfin 系列DSP是ADI公司推出的高性能，低功耗的新一代DSP處理器，融合了Analog Devices/Intel的微信號結(jié)構(gòu)(MSA)，其應(yīng)用范圍廣泛，包括汽車圖像系統(tǒng)，寬帶無線系統(tǒng)，多媒體消費(fèi)電子產(chǎn)品，數(shù)字視頻錄像機(jī)，安防與監(jiān)控，機(jī)頂盒和視頻會議等。

對下一代的數(shù)字通信和消費(fèi)多媒體應(yīng)用來說，Blackfin處理器是高度集成的片上系統(tǒng)解決方案。通過將工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口與高性能的信號處理內(nèi)核相結(jié)合，用戶可以快速開發(fā)出節(jié)省成本的解決方案，而無需昂貴的外部組件。

筆者使用的是BF533，其結(jié)構(gòu)如圖1：

BF533包括一個(gè)UART口、一個(gè)SPI口、兩個(gè)串行口(SPORTs)、四個(gè)通用定時(shí)器(其中三個(gè)具有PWM功能)、一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘、一個(gè)看門狗定時(shí)器，以及一個(gè)并行外設(shè)接口。

1.3 Blackfin+Uclinux的優(yōu)越性

(1) 使用方便

(2) 支持網(wǎng)絡(luò)

(3) 源碼開放

(4) 方便程序開發(fā)移植

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2 在Blackfin中嵌入U(xiǎn)clinux操作系統(tǒng)

2.1 建立開發(fā)環(huán)境

要在Blackfin上嵌入U(xiǎn)clinux操作系統(tǒng)，首先應(yīng)建立相應(yīng)的開發(fā)環(huán)境。筆者所用的主機(jī)系統(tǒng)和開發(fā)平臺如下：

Windows XP與REDHAT 9.0雙操作系統(tǒng)

P4 1.8GHz，512 MB內(nèi)存

Blackfin533 EZ-KIT 開發(fā)板

Linux環(huán)境下的程序通過GNU的一系列工具完成編譯工作，其中包括預(yù)處理、編譯、匯編和連結(jié)4個(gè)互相關(guān)聯(lián)的步驟，每一步由相關(guān)工具完成。

(1)GCC：是GNU編譯器的前端程序，負(fù)責(zé)完成預(yù)處理和編譯過程，生成以.O為后綴的目標(biāo)文件。

(2)AS：是GNU編譯器的匯編器，負(fù)責(zé)把后綴為.S的匯編文件編譯成以.O為后綴的目標(biāo)文件。

(3)LD：是GNU 編譯器的連結(jié)器，負(fù)責(zé)把目標(biāo)文件和庫文件連結(jié)起來，重定位它們的數(shù)據(jù)，把所有符合連結(jié)起來。

筆者用的是bfin-gcc-3.4-2005R3.1.tar.gz。

在REDHAT中打開terminal，將目錄轉(zhuǎn)換到工作目錄(根目錄)，鍵入以下命令：

tar –xzf bfin-gcc-3.4-2005R3.1.tar.gz

在/opt下會出現(xiàn)/uclinux/bfin-elf和/uclinux/bfin-uclinux兩個(gè)新文件夾，此時(shí)Blackfin所用的交叉編譯器已建立成功。

2.2 在EZ-KIT上植入U(xiǎn)-BOOT

從網(wǎng)上下載u-boot_1.1.3.tar.bz2,在terminal下鍵入：

bunzip2 u-boot_1.1.3.tar.bz2

tar -xzf u-boot_1.1.3.tar.bz2

此時(shí)會出現(xiàn)名為u-boot_1.1.3的文件夾，將當(dāng)前目錄轉(zhuǎn)為此文件夾下，鍵入以下命令：

make clean

make mrproper

make ezkit_533_config

make

以上步驟完成后，會出現(xiàn)以下文件：

u-boot：這是elf文件，可以用它生成其它格式的文件。

u-boot.bin：這是二進(jìn)制文件，可以用來升級u-boot。

在terminal下鍵入：

/opt/Uclinux/bfin-ucLinux/bfin-uclinux-objcopy –I binary –O ihex u-boot.bin u-boot.hex

此時(shí)在u-boot文件夾下生成u-boot.hex。

將主機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為Windows XP下，打開VDSP++開發(fā)軟件，點(diǎn)開TOOL下的flash programmer

2.3 編譯Uclinux

將主機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)為REDHAT9.0，打開terminal，當(dāng)前目錄應(yīng)為Uclinux所在目錄，輸入以下命令：

export PATH=/opt/uclinux/bfin-elf/bin: /opt/uclinux/bfin-uclinux/

bin:$PATH

make menuconfig

此時(shí)出現(xiàn)選擇參數(shù)界面，包括廠商，器件型號等，選好參數(shù)后繼續(xù)。過一段時(shí)間后，將出現(xiàn)兩個(gè)模塊選擇介面，這里不更改任何選項(xiàng)，直接選擇exit。

在terminal中鍵入：make ，開始編譯Uclinux，這個(gè)過程大概需要幾分鐘左右，當(dāng)編譯成功后，在uclinux文件夾下的image文件夾中將生成名為linux的文件。

2.4 嵌入U(xiǎn)clinux

將主機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)為Windows XP系統(tǒng)。

將ezkit板和主機(jī)用串口連接起來，打開hyperterminal，選COM1，確定后進(jìn)入設(shè)置參數(shù)界面，如圖4所示。

設(shè)置好參數(shù)后，按確定。給板子上電后，自動(dòng)啟動(dòng)U-boot。

在ezkit>后鍵入：“ loadb” ，點(diǎn)擊“傳送”，“發(fā)送文件”，出現(xiàn)如圖5的界面：

按上圖設(shè)置好參數(shù)后，點(diǎn)擊發(fā)送，則出現(xiàn)傳送文件的界面，并顯示進(jìn)度。由于linux文件有5.1M，而BF533 ezkit沒有以太網(wǎng)接口，只能用串口進(jìn)行傳輸，速度較慢，這個(gè)過程約1小時(shí)。為了縮短傳輸時(shí)間，筆者在Linux系統(tǒng)下將linux文件進(jìn)行壓縮，壓縮后的文件大約1M左右，這樣整個(gè)傳輸時(shí)間將縮短為10多分鐘。

壓縮的指令為：

/tools/mkimage –A blackfin –O linux –T kernel –C gzip –a 0x1000 –n “uclinux kernel Image” –d linux.bin.gz uImage[!--empirenews.page--]

這條指令將生成名為uImage的壓縮文件。

當(dāng)傳輸完成后，在ezkit>后輸入：

bootelf 0x01000000(未經(jīng)壓縮)

bootm 0x01000000 (壓縮)

此時(shí)將啟動(dòng)Uclinux，如果啟動(dòng)成功，將出現(xiàn)welcome畫面。

到此，Uclinux已成功的嵌入到BF533 ezkit中。

3 在Uclinux中加入自己的應(yīng)用程序

筆者用了一個(gè)最簡單的程序“hello.c”來介紹如何在嵌入式操作系統(tǒng)中加入自己的程序。

(1)在/uclinux-dist/user/下建立一個(gè)新的文件夾shello，將源程序放到里面。

(2)修改/uclinux-dist/user/Makefile。加入：

dir_$(CONFIG_USER_SHELLO_HELLO)+=hello

(3)修改/uclinux-dist/config/configure.help。加入：

CONFIG_USER_SHELLO_HELLO

This is my program

這里需要注意一點(diǎn)：第二行的開頭字母“T”離第一行的開頭字母“C”兩個(gè)字母的距離，同時(shí)每行不要超過70個(gè)字母。

(5) 修改/Uclinux-dist/config/config.in。加入：

bool ‘hello’CONFIG_USER_SHELLO_HELLO

(6)在/ucLinux-dist/user/shello/中加入makfile文件，此文件內(nèi)容如下：

EXEC=hello

OBJS=hello.o

All:$(EXEC)

$(EXEC):$(OBJS)

$(CC) $(LDFLAGS) –O $ @ $ (OBJS) $ (LDLIBS)

romfs:

$(ROMFSINST) /bin/$ (EXEC)

clean:

rm –f $ (EXEC) *.elf *.gdb *.o

(7)做完以上步驟后，重新編譯內(nèi)核。此時(shí)hello應(yīng)用程序會被加入內(nèi)核中，注意在選擇模塊時(shí)選中hello。編譯結(jié)束后，將內(nèi)核下到板子上，啟動(dòng)Uclinux，在root>后鍵入hello，會出現(xiàn)“hello，world”。

4 結(jié)語

嵌入式操作系統(tǒng)是當(dāng)今最熱門的研究課題，本文詳細(xì)介紹了怎樣在Blackfin中嵌入U(xiǎn)clinux以及如何加入自己的應(yīng)用程序，該系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用到我們開發(fā)的項(xiàng)目中。